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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA Reboque Modular para Transporte de Veículos de Duas Rodas Fellipe Lima de Araújo Silva Pedro Augusto Quental Santos Professor Orientador: Fernando Ribeiro da Silva Rio de Janeiro Novembro de 2017
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO
SUCKOW DA FONSECA
Reboque Modular para Transporte de Veículos de Duas Rodas
Fellipe Lima de Araújo Silva
Pedro Augusto Quental Santos
Professor Orientador: Fernando Ribeiro da Silva
Rio de Janeiro
Novembro de 2017
i
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO
SUCKOW DA FONSECA
Reboque Modular para Transporte de Veículos de Duas Rodas
Fellipe Lima de Araújo Silva
Pedro Augusto Quental Santos
Projeto final apresentado em
cumprimento às normas do
Departamento de Educação Superior do
CEFET/RJ, como parte dos requisitos
para obtenção do Título de Bacharel em
Engenharia Mecânica.
Orientador: Fernando Ribeiro da Silva
Rio de Janeiro
Novembro de 2017
ii
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Central do CEFET/RJ
S586 Silva, Fellipe Lima de Araújo Reboque modular para transporte de veículos de duas rodas /
Fellipe Lima de Araújo Silva, Pedro Augusto Quental Santos.— 2017.
xiii, 71f. + apêndices : il. (algumas color.) , grafs. , tabs. ; enc. Projeto Final (Graduação) Centro Federal de Educação
Tecnológica Celso Suckow da Fonseca , 2017. Bibliografia : f. 69-71 Orientador : Fernando Ribeiro da Silva 1. Engenharia mecânica. 2. Reboque. 3. Motocicletas –
Transporte. I. Santos, Pedro Augusto Quental. II. Silva, Fernando Ribeiro da (Orient.). III. Título.
CDD 621
iii
AGRADECIMENTOS
Agrademos a Deus por ter nos guiado ao longo da jornada universitária,
nossas famílias pelo apoio nos melhores e piores momentos, às amizades
estabelecidas ao longo do caminho. Agradecemos especialmente ao nosso
orientador Fernando Ribeiro, por se mostrar sempre disposto a dividir seus
conhecimentos da maneira clara e didática, bem como os professores que estiveram
presentes ao longo de nossa formação.
iv
RESUMO
O transporte de cargas sempre foi uma necessidade presente na nossa sociedade, e
com a evolução tecnológica, ele vem sendo implementado de diversas formas.
Porém, existe a necessidade de transformar este transporte em algo ainda mais
prático, que ocupe menos espaço tanto durante sua utilização quanto quando
armazenado. Com isso, vê-se a necessidade dos usuários de motocicletas de
possuir um produto que seja portátil e de uso prático para que torne o transporte de
motocicletas mais eficiente e menos cansativo, sem a necessidade de usar um
reboque sempre engatado no seu veículo de transporte e que ocupe um menor
espaço. Para chegar nesta proposta de projeto foram feitas pesquisas e análises de
mercado, buscando entender a aceitação deste tipo de produto. A pesquisa
abrangeu as regras e normas para construção e operação de reboques, opções de
reboques e suas configurações, passando posteriormente para o projeto em si. Para
a definição dos parâmetros, foram analisados os porta-malas dos veículos mais
populares do mercado e as motos mais vendidas, buscando projetar algo que
atenda os dois tipos de veículos.
Palavras-chave: reboques, semirreboques, carretas, transporte modular, transporte
de motos.
v
ABSTRACT
The cargo transportation has always been present in our society, and with the
technical advances it can be seen on different manners. However, there is the need
to make this transportation become more and more practical, taking less space
during its use and storage. That being said, the motorcycle users’ need to have a
practical product able to transport their motorcycles on a efficient less exhaustive
way, without the need to have a trailer always hitched to their vehicles. In order to
reach this project proposal, a few researches has been made, looking forward to
understand this product’s approval. Such research included trailers’ manufacturing
and operation rules and regulations, leading to the project itself. To define the
parameters, common vehicle’s trunks and bestselling motorcycles were analyzed,
looking forward to project something that is useful for both vehicles.
Keywords: trailers, towing, motorcycle towing, modular transportation.
vi
SUMÁRIO
Capítulo 1 .............................................................................................................................. 1
1. Introdução ....................................................................................................................... 1
1.1. Motivação ................................................................................................................ 2
1.2. Justificativa .............................................................................................................. 2
1.3. Objetivo ................................................................................................................... 2
1.4. Metodologia ............................................................................................................. 3
1.5. Organização do Trabalho ........................................................................................ 3
Capítulo 2 .............................................................................................................................. 5
2. Referencial Teórico ......................................................................................................... 5
2.1. Normas e Resoluções ............................................................................................. 5
2.2. Classificações e Variações ...................................................................................... 7
2.2.1. Reboques Baú ..................................................................................................... 7
2.2.2. Reboques Caçamba ............................................................................................ 8
2.2.3. Reboque Fazendinha ........................................................................................... 8
2.2.4. Reboque de Transporte de Veículos .................................................................... 9
2.2.5. Reboque Barraca ............................................................................................... 10
Capítulo 3 ............................................................................................................................ 11
3. Parâmetros ................................................................................................................... 11
Capítulo 4 ............................................................................................................................ 16
4. Concepção do projeto ................................................................................................... 16
4.1. Montagem ............................................................................................................. 16
............................................................................................................................................ 24
4.2. Armazenamento .................................................................................................... 24
4.3. Projeto Estrutural ................................................................................................... 27
4.3.1. Análise de tensões nas vigas de apoio de carga ................................................ 27
4.3.2. Análise dos pinos de fixação da montagem das vigas de apoio à carga ............ 33
4.3.3. Análise dos parafusos de fixação da montagem das vigas de apoio à carga ..... 34
4.3.4. Análise dos parafusos de fixação da ponta de eixo, para-lamas e apoio de eixo 35
vii
4.3.5. Análise de tensões dos eixos fixos ..................................................................... 36
4.3.6. Análise de tensões nas pontas de eixo .............................................................. 38
Capítulo 5 ............................................................................................................................ 40
5. Análise Dinâmica em 2D ............................................................................................... 40
5.1. Análise do Veículo ................................................................................................. 42
5.2. Análise do Reboque .............................................................................................. 45
5.3. Análise do Sistema Acoplado ................................................................................ 47
5.3.1. Parâmetros da Simulação .................................................................................. 50
5.3.2. Resultados da Simulação ................................................................................... 52
5.3.2.1. Efeito exclusivo da Ação dos Pesos ............................................................... 52
5.3.2.2. Sistema Exposto à Lombada .......................................................................... 58
5.3.3. Análise dos Resultados ...................................................................................... 63
Capítulo 6 ............................................................................................................................ 64
6. Precificação do Projeto ................................................................................................. 64
Capítulo 7 ............................................................................................................................ 67
7. Conclusão ..................................................................................................................... 67
7.1. Projetos Futuros .................................................................................................... 67
Bibliografia ........................................................................................................................... 69
APÊNDICE I: Programa principal.m do sistema acoplado ................................................... 71
APENDICE II: Programa de aplicação da massa suspensa equacaoPF2.m .......................... 6
APENDICE III: Programa de aplicação da massa suspensa e da lombada equacaoPF.m .... 7
APENDICE III: Obtenção da Constante Elástica do Pneu do Reboque ................................. 9
APÊNDICE IV: Desenhos Técnicos de Projeto .................................................................... 11
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Exemplo de reboque do tipo Baú. ................................................................ 8
Figura 2: Exemplo de reboque do tipo Caçamba. ....................................................... 8
Figura 3: Exemplo de reboque do tipo Fazendinha. .................................................... 9
Figura 4: Exemplo de reboque de transporte de veículos. .......................................... 9
Figura 5: Exemplo de reboque do tipo Barraca. ........................................................ 10
Figura 6: Exemplo de reboque de transporte de passageiros. .................................. 10
Figura 7: Porta-malas do Ford Ka. ............................................................................ 11
Figura 8: Porta-malas do Renault Sandero. .............................................................. 12
Figura 9: Porta-malas do Fiat Palio. .......................................................................... 12
Figura 10: Porta-malas do Fiat Uno. ......................................................................... 13
Figura 11: Primeiro segmento da viga com perfil necessário para encaixes. ............ 17
Figura 12: Segundo segmento da viga. ..................................................................... 17
Figura 13: Terceiro segmento da viga. ...................................................................... 18
Figura 14: Exemplo do encaixe dos pinos com trava R ............................................ 18
Figura 15: Representação da fixação do eixo nas vigas de suporte. ........................ 19
Figura 16: Representação dos elementos que compõem o conjunto das rodas. ...... 20
Figura 17: Representação do apoio do eixo .............................................................. 20
Figura 18: Restrições para dimensões do para-lamas. ............................................. 22
Figura 19: Representação do encaixe e fixação do eixo no conjunto de rodas. ....... 22
Figura 20: Representação do encaixe e fixação do para-lamas no reboque. ........... 23
Figura 21: Representação da montagem concluída .................................................. 24
Figura 22: Posicionamento das vigas de apoio de carga. ......................................... 25
Figura 23: Eixos posicionados no porta-malas. ......................................................... 25
Figura 24: Posicionamento do para-choques. ........................................................... 26
Figura 25: Colocação de todos os elementos no porta-malas................................... 26
Figura 26: Modelo MDSolids para a viga de apoio de cargas ................................... 28
Figura 27: Detalhe da seção com parafusos da união da ponta de eixo, pára-lamas e
apoio de eixo. ............................................................................................................ 36
Figura 28: Modelo MDSolids para o segmento do eixo. ............................................ 37
Figura 29: Modelo MDSolids para a ponta de eixo. ................................................... 38
Figura 30: Representação do modelo carregado ...................................................... 41
Figura 31: Representação do carro ........................................................................... 43
ix
Figura 32: DLC da roda dianteira do carro ................................................................ 44
Figura 33 - DCL Roda Traseira ................................................................................. 44
Figura 34: DCL do Carro ........................................................................................... 45
Figura 35: Reboque ................................................................................................... 46
Figura 36: DCL Reboque .......................................................................................... 47
Figura 37: Diagrama do Acoplamento ....................................................................... 48
Figura 38: Deslocamento Vertical 1 da Roda Dianteira ............................................. 52
Figura 39: Velocidade Vertical 1 da Roda Dianteira .................................................. 53
Figura 40: Deslocamento Vertical 1 da Roda Traseira .............................................. 53
Figura 41: Velocidade Vertical 1 da Roda Traseira ................................................... 54
Figura 42: Deslocamento Vertical 1 do Carro............................................................ 54
Figura 43: Velocidade Vertical 1 do Carro ................................................................. 55
Figura 44: Deslocamento Vertical 1 do Reboque ...................................................... 55
Figura 45: Velocidade Vertical 1 do Reboque ........................................................... 56
Figura 46: Arfagem 1 do Carro .................................................................................. 56
Figura 47: Arfagem 2 do Reboque ............................................................................ 57
Figura 48: Força 1 na conexão do engate ................................................................. 57
Figura 49: Deformação 1 na conexão do engate ...................................................... 58
Figura 50: Deslocamento Vertical 2 do Carro com a massa suspensa ..................... 59
Figura 51: Velocidade Vertical 2 do Carro ................................................................. 59
Figura 52: Deslocamento Vertical 2 do Reboque ...................................................... 60
Figura 53: Velocidade Vertical 2 do Reboque ........................................................... 60
Figura 54 - Arfagem 2 do Carro ................................................................................. 61
Figura 55 - Arfagem 2 do Reboque ........................................................................... 61
Figura 56 - Força 2 na conexão do engate ............................................................... 62
Figura 57 - Deformação 2 na conexão do engate ..................................................... 62
Figura 66: Dispositivo para obtenção da constante elástica de pneus ........................ 9
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Dimensões dos diferentes veículos avaliados ........................................... 14
Tabela 2: Dimensões das motocicletas selecionadas. .............................................. 15
Tabela 3: Forças cortantes e momentos fletores máximos para cada segmento da
viga de apoio de cargas ............................................................................................ 29
Tabela 4: Catálogo de resistências dos parafusos .................................................... 35
Tabela 5 - Valor Estimado dos Componentes do Reboque ...................................... 65
Tabela 6: Resultado dos Ensaios para obtenção do coeficiente de rigidez .............. 10
xi
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
Ângulo de arfagem do carro
Ângulo de arfagem do reboque
Velocidade angular do carro
Velocidade angular do reboque
Aceleração angular do carro
Aceleração angular do reboque
Tensão de flexão
Tensão de cisalhamento
Duas dimensões
Distância do eixo dianteiro do carro ao seu centro de gravidade
Distância do eixo traseiro do carro ao seu centro de gravidade
Matriz de amortecimento do sistema
Constante de amortecimento dos amortecedores do eixo frontal
Constante de amortecimento dos amortecedores do eixo
traseiro
Constante de amortecimento dos amortecedores da estrutura
do reboque
Distância do engate ao centro de gravidade do carro (em DCL e
análise dinâmica)
Distância perpendicular do eixo neutro a um ponto mais
afastado (em cálculos estruturais)
Centro de gravidade
Distância do eixo do reboque ao seu centro de gravidade
Diagrama de corpo livre
Distância da roda dianteira do carro à lombada
Distância do engate ao centro de gravidade do reboque
Força gerada pelo engate
Vetor de deslocamento F
Forças atuantes na roda do reboque
Forças verticais atuantes no sistema
Aceleração da gravidade
xii
Momento de inércia do carro
Momento de inércia do reboque
Matriz de rigidez do sistema
Rigidez das molas do eixo dianteiro
Rigidez das molas do eixo traseiro
Rigidez do pneu do reboque
Rigidez do pneu dianteiro do carro
Rigidez do pneu traseiro do carro
Distância entre eixos do carro
Matriz de massa do sistema
Massa da roda dianteira do carro
Massa da roda traseira do carro
Massa da roda do reboque
Massa do carro
Massa do reboque
Peso da roda dianteira do carro
Peso da roda traseira do carro
Peso da roda do reboque
Peso total do reboque carregado
Peso total do reboque carregado
Comprimento da lombada (em análise dinâmica)
Fluxo cisalhante (em cálculos estruturais)
Tempo referente ao posicionamento da roda sobre a lombada
(em análise dinâmica)
Largura da seção (em cálculos estruturais)
Forças capazes de gerar torque no centro de gravidade
Tempo de entrada da roda dianteira do carro na lombada
Tempo de entrada da roda traseira do carro na lombada
Tempo de entrada da roda do reboque na lombada
Tempo de saída da roda dianteira do carro na lombada
Tempo de saída da roda traseira do carro na lombada
Tempo de saída da roda do reboque na lombada
Velocidade do modelo em quilômetros por hora
xiii
Velocidade do modelo em metros por segundo
Frequência angular
Vetor de deslocamento
Vetor de deslocamento
Vetor de deslocamento
Deslocamento vertical do carro
Velocidade vertical do carro
Aceleração vertical do carro
Deslocamento vertical da roda dianteira do carro
Velocidade vertical da roda dianteira do carro
Aceleração vertical da roda dianteira do carro
Deslocamento vertical da roda dianteira do carro
Velocidade vertical da roda traseira do carro
Aceleração vertical da roda traseira do carro
Deslocamento máximo provocado pela lombada
Excitação de base na roda dianteira do carro
Excitação de base na roda traseira do carro
Excitação de base na roda do reboque
Altura da lombada
1
Capítulo 1
1. Introdução
A necessidade de se transportar cargas em grandes e médios deslocamentos é
algo que sempre estará presente na sociedade, tanto nos meios urbanos quanto nas
zonas rurais. Este deslocamento quando feito em zonas costeiras, lacustres e
fluviais é realizado de maneira apropriada através de embarcações, uma vez que
estas estão presentes na sociedade desde o Período Neolítico, sendo mais
utilizadas efetivamente para o transporte por volta de 30 a.C.
Em deslocamentos sobre trechos de terra e montanhas, o transporte, que na
maioria dos casos antes da Revolução Industrial era feito de forma limitada,
utilizando apenas a força humana ou animal, passou a se intensificar com o
emprego de carroças e posteriormente tração mecânica. Esta evolução trouxe
consigo uma melhoria na infraestrutura do trajeto, ampliando ainda mais as
possibilidades de movimentação de carga.
O aumento da demanda fez com que os veículos da época evoluíssem,
buscando assim aumentar sua capacidade de transporte e deslocamento,
transformando vagarosamente os carros da época (no início do automobilismo,
caminhonetes eram iguais aos carros, sem alterações na motorização e na
suspensão) em caminhões e caminhonetes, aliados a semi-veículos, como engates
e reboques.
A evolução dos veículos e da infraestrutura permitiu que estes deslocamentos
se dessem de diversas formas, trazendo consigo um leque de opções de transporte
de uma mesma carga sobre um mesmo deslocamento. Entretanto, um fator a ser
observado em deslocamentos sobre trechos urbanos é a disponibilidade de espaço,
que em muitos casos é limitada. Um bom exemplo disso são os Caminhões, que em
muitas situações estão sendo trocados por VUC’s (Veículo Urbano de Carga), como
o KIA Bongo.
Tanto para aplicações comerciais quanto aplicações em situações de lazer,
um dispositivo modular capaz oferecer uma boa capacidade de transporte e que
quando não está em uso tem suas dimensões reduzidas, se mostra bastante atrativo
2
às oportunidades de empreendimento. Reboques e semirreboques possuem
diversas configurações e aplicações, mas em grande parte, estes possuem o chassi
fixo, ocupando um grande espaço e os tornando inviáveis em algumas situações.
Embora existam alguns dispositivos com estrutura colapsável, suas dimensões
ainda são maiores que a capacidade de armazenamento oferecida por determinadas
situações. Logo, este projeto visa apresentar uma alternativa para caso como este,
apresentando uma configuração desta categoria (semirreboques) que possa ser
adaptada às necessidades da sociedade moderna.
1.1. Motivação
A possibilidade de desenvolver um projeto final que venha a agregar novas
soluções em termos de logística para situações comerciais e de lazer, junto com o
fim de uma limitação presente no dia-a-dia de alguns indivíduos, se mostrou
bastante interessante e encorajador.
Ao questionar motociclistas, praticantes de offroad e oficinas de moto, como a
MotoEd, oficina especializada na manutenção e recuperação de motocicletas, foi
possível identificar que estes se mostraram bastante interessados em uma solução
para o transporte de motocicletas com a capacidade de ser armazenado em um
espaço equivalente e um porta-malas pequeno.
1.2. Justificativa
A apresentação de um módulo de transporte versátil que se mostra bem
recepcionado no mercado aliada à carência de opções deste tipo no segmento em
questão se mostrou como uma boa oportunidade de projeto.
A chance de ajudar pequenos empreendedores e praticantes de motocross
com espaço de armazenamento limitado se mostrou essencial para o
desenvolvimento deste projeto, principalmente levando em conta que o projeto é
capaz de ser armazenado nos veículos mais vendidos do país sem qualquer
modificação.
1.3. Objetivo
Durante o desenvolvimento deste projeto, busca-se analisar o cenário atual
de semirreboques capazes de serem utilizados junto com automóveis de uma
3
categoria pré-determinada. Através desta análise preliminar, objetiva-se criar um
reboque modular que possa ser montado/desmontado sem o auxílio de ferramentas
e armazenado no porta-malas de veículos hatches pequenos/de entrada.
1.4. Metodologia
Para melhor entendimento do cenário de dispositivos de transporte, foram
estudados e avaliados os diversos tipos de reboques disponíveis. A partir deste
desenvolvimento foi possível escolher reboques do tipo modular, devido à uma
necessidade de mercado.
Visando atender à uma fatia maior de público alvo, o projeto foi desenvolvido
visando atender o segmento de hatches de entrada, segmento que mais vende
veículos do Brasil de acordo com a EXAME (EXAME, 2016). Isto posto, vale
ressaltar que o público alvo são pessoas que têm interesse em transportar veículos
e cargas com os sistemas de reboques disponíveis, mas que não dispõem de
espaço para armazenar tal sistema quando este não está em utilização.
Como o projeto visa atender às demandas de espaço do público e será
utilizado em veículos pequenos, delimitou-se seu armazenamento ao porta-malas
dos veículos. Desta maneira, o projeto alcança um nível elevado de praticidade, o
tornando interessante para aplicações variadas.
Para a etapa de criação do projeto serão utilizados os conceitos de
Engenharia Mecânica aprendidos ao longo da graduação, trazendo conceitos de
Resistência dos Materiais para o cálculo de resistência da estrutura e Análise de
Vibrações para estudar o comportamento do projeto e estudo do comportamento
dinâmico da estrutura. Tanto a fase de cálculo quanto a etapa de projeto serão feitas
com a ajuda de softwares de desenho e programação, como MDSolids, SolidWorks,
e Matlab para melhor desenvolvimento de ferramentas de análise e entendimento
das possibilidades de design da estrutura (posicionamento, tipos de suspensão,
dimensionamentos de vigas entre outros).
1.5. Organização do Trabalho
O presente trabalho foi dividido em seis capítulos. Segue uma breve
descrição do conteúdo apresentado em cada um deles.
4
No Capítulo 1 consta a introdução, junto com a justificativa, objetivos e a
metodologia utilizada para realização do projeto.
No Capítulo 2 consta o referencial teórico utilizado, onde classificações e
variações dos diversos tipos de reboques são apresentados e as normas e
resoluções em que a elaboração do projeto foi baseada.
No Capítulo 3 são apresentados os parâmetros utilizados no projeto, como as
dimensões necessárias para que ele obedeça a proposta e as dimensões dos
objetos a serem carregados.
No Capítulo 4 consta o projeto, em que suas partes e mecanismos são
apresentados e discutidos.
No Capítulo 5 consta a análise dinâmica da estrutura e apresentação de
resultados preliminares.
No Capítulo 6 é elaborada uma precificação aproximada envolvendo os
custos de fabricação para uma unidade do projeto a seguir.
No Capítulo 7 é apresentada a conclusão do projeto, bem como a proposição
de projetos futuros.
5
Capítulo 2
2. Referencial Teórico
Para a elaboração deste projeto, foram consultadas normas técnicas, artigos
e trabalhos semelhantes para se compreender como eram os casos similares e ter
uma compreensão mais profunda das expectativas e limitações do projeto.
Um fator relevante a ser observado é o fato de reboques, ao que tocam sua
fabricação, projeto e operação, estão diretamente atrelados à normas técnicas. O
Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas (SBRT) aponta em seu artigo sobre
normas e resoluções relativas aos reboques automotivos algumas destas normas.
2.1. Normas e Resoluções
Para se obter um projeto certificado e de qualidade é importante seguir as
normas e resoluções técnicas vigentes. Obedecer estas normas implica atender a:
Resolução n° 305, de 06 de março de 2009, que estabelece requisitos de
segurança necessários à circulação de Combinações para Transporte de
Veículos – CTV e Combinações de Transporte de Veículos e Cargas
Paletizadas – CTVP;
Portaria n° 59, de 19 de fevereiro de 2008, que aprova o Regulamento de
Avaliação da Conformidade para o Eixo Veicular Auxiliar;
Resolução n° 197, de 25 de julho de 2006, que regulamenta o dispositivo
de acoplamento mecânico para reboque (engate) utilizado em veículos
com o peso bruto de até 3.500 kg e dá outras providências;
Resolução n° 63, de 21 de maio de 1998, que disciplina o registro e
licenciamento de veículos de fabricação artesanal, conforme o art. 106 do
Código de Trânsito Brasileiro;
Qualidade n° 25 (RTQ-25) – Inspeção de Segurança Veicular em
Rebocáveis Leves (PBT até 7500 N)”;
Lei n° 9.503, de 23 de setembro de 1997, que institui o Código de Trânsito
Brasileiro
6
ABNT NBR 11409:2012, que prevê o procedimento de instalação de um
para-barro em reboques e semirreboques;
ABNT NBR 14681:2013, que aborda implementos rodoviários – Reboques
leves – Correntes de segurança;
ABNT NBR 15510:2008, que aborda reboques e semirreboques –
Adaptação para a instalação do eixo auto direcional e sistema direcional
ou auto direcional;
NBR 10960, que fixa condições exigíveis para os eixos de veículos
rodoviários rebocados de carga, do tipo reboque ou semirreboque. Visa
atender ainda aos princípios de boa técnica e manutenção, de
durabilidade adequada e bom desempenho dos componentes do eixo
veicular para a segurança do trânsito;
NBR 10961, que estabelece os requisitos e os métodos de ensaio para
todos os eixos veiculares de caminhões, caminhões-tratores, ônibus,
reboques e semirreboques, incluindo eixo direcional, auto direcional e eixo
veicular auxiliar;
NBR 6743, que estabelece os requisitos para adaptação dos caminhões e
caminhões-tratores, originalmente equipados com dois eixos veiculares
para instalação do eixo veicular auxiliar, visando atender aos princípios de
boa técnica e à manutenção da necessária segurança do trânsito, da
adequada durabilidade e do bom desempenho do chassi e de seus
componentes;
NBR ISO1176, que define os termos e códigos para massas de veículos
rodoviários automotores definidos na ISO 3833, onde estes veículos
rodoviários estão em uma condição de primeira fabricação, podendo ser
veículos rodoviários completos ou não. Os códigos destinam-se a serem
utilizados no intercâmbio dos dados do veículo e processamento
eletrônico;
Tais resoluções e normas apontam para a fabricação e certificação de
reboques e semirreboques, de tal maneira que ao se projetar seguindo as limitações
e possibilidades presentes no que é proposto, tem-se um projeto de qualidade que
está dentro dos padrões mínimos de segurança e conformidade.
7
2.2. Classificações e Variações
Reboques são essencialmente veículos constituídos de no mínimo um eixo,
destinadas ao transporte e armazenamento de cargas. Para sua utilização é
necessário o uso se um automóvel, uma vez que o reboque em seu conceito está
sempre em um modo passivo, sendo tracionado por um outro veículo.
Para utilizar um reboque, é necessário que o veículo que a tracionará tenha
um dispositivo de engate com capacidade mínima de tração de 500 kg, juntamente
com uma corrente para assegurar a fixação do mesmo. O peso exercido na vertical
varia de 50 kg a 70 kg. O restante do peso é distribuído ao longo da estrutura do
reboque, sendo exercido em sua maior parte nos seus eixos. Junto com o engate, é
necessário que haja uma tomada para alimentação da parte elétrica do reboque, que
constitui em luzes repetidoras de direção, iluminação da placa, luzes de freio e
lanterna, além de outros opcionais.
No que diz respeito à habilitação, o motorista com permissão para dirigir na
categoria B já está apto a operar veículos com reboques quando o mesmo não
ultrapassa 3.500 kg ou a lotação de oito pessoas (excluindo o condutor) quando o
transporte é de passageiros.
Reboques trazem consigo a solução de transporte de diversas cargas
diferentes para situações diferentes. Estes possuem diversas variações, podendo
transportar desde veículos a cargas em recipientes enclausurados. Para facilitar a
identificação, os reboques podem ser categorizadas diferenciadas de acordo com
seu formato, tipo e carga.
2.2.1. Reboques Baú
São reboques hermeticamente fechados, como a exibida na Figura 1,
utilizadas para guardar acessórios e objetos de dimensões pequenas e médias.
Possui tampa e tranca para a segurança da carga, o que a torna ideal para
estacionamento durante viagens. Existem algumas variações dentro desta categoria,
incluindo a possibilidade de adicionar um bagageiro para aumentar sua capacidade
de carga;
8
Figura 1: Exemplo de reboque do tipo Baú.
2.2.2. Reboques Caçamba
É semelhante ao reboque do tipo Baú, exceto que neste caso os reboques
não possuem tampa, como mostra a Figura 2. Neste caso, o tamanho da carga a ser
transportada não fica dependente das dimensões do habitáculo do reboque,
permitindo o carregamento de objetos de proporções superiores aos do reboque.
Apesar de ainda oferecer a possibilidade de proteger a carga com lonas, esta não é
tão segura quanto os reboque do tipo Baú, por conta da facilidade de violação da
tampa improvisada pela lona e do acesso à carga.
Figura 2: Exemplo de reboque do tipo Caçamba.
2.2.3. Reboque Fazendinha
9
Este tipo de reboque apresenta uma configuração semelhante ao que é
encontrado em caminhões. A caçamba neste caso é constituída por madeiras e é
vazada e sem tampa. Neste caso também pode se optar pela utilização de lonas,
mas suas limitações são semelhantes aos do reboque tipo Caçamba. Na Figura 3 é
possível encontrar um exemplo deste tipo de reboque
Figura 3: Exemplo de reboque do tipo Fazendinha.
2.2.4. Reboque de Transporte de Veículos
Reboques deste segmento estão aptas a transportar veículos de diversos
tipos, possuindo variações dentro da sua categoria, como é possível visualizar na
Figura 4. Tais variações podem levar o reboque ao transporte de motos, jet-skis,
carros e até mesmo embarcações. Nestes casos, a carga é apoiada em lugares
predeterminados na estrutura e fixada por meio de amarras.
Figura 4: Exemplo de reboque de transporte de veículos.
10
2.2.5. Reboque Barraca
As reboque barracas se caracterizam pela sua capacidade de adaptação,
mudando completamente seu formato e transformando-se em uma tenda/barraca de
camping, como visto na Figura 5. Assim como os reboques do tipo baú, os reboques
barraca possuem uma tampa com trinco, garantindo assim a segurança da carga.
Outra característica interessante é a facilidade de se acrescentar bagageiros que a
torna ainda mais prática em viagens.
Figura 5: Exemplo de reboque do tipo Barraca.
Existem ainda outros tipos de reboques, podendo levar cargas vivas, como
animais e passageiros, como exibido na Figura 6 cargas refrigeradas ou ainda baús
de dimensões maiores, se aproximando às dimensões de baús encontrados em
VUC’s.
Figura 6: Exemplo de reboque de transporte de passageiros.
11
Capítulo 3
3. Parâmetros
O projeto visa atender aos quesitos de praticidade de montagem, facilidade
de armazenamento e boa variedade de carga a ser transportada. Para atender estas
imposições é importante que o projeto:
Caiba dentro do porta-malas de um veículo quando na sua posição de
armazenamento (desmontado);
Ofereça a possibilidade de montar e desmontar sem o auxílio de
ferramentas;
É importante salientar que cada veículo conta com suas dimensões
características, que abrangem as dimensões do compartimento de bagagem.
Entretanto, outro fator de extrema importância é o formato de cada porta-malas.
Para oferecer uma capacidade maior de armazenamento, montadoras acabam
optando por oferecer porta-malas com formatos sinuosos e irregulares, que em
alguns casos chega até a ser assimétrico. As figuras Figura 7Figura 8, Figura 9Figura
10 buscam mostrar um pouco das características próprias de acesso e
armazenamento de cada porta-malas.
Figura 7: Porta-malas do Ford Ka.
12
Figura 8: Porta-malas do Renault Sandero.
Figura 9: Porta-malas do Fiat Palio.
13
Figura 10: Porta-malas do Fiat Uno.
Tal variação pode trazer consigo impactos nas dimensões do projeto e na
disponibilidade de utilização dele em determinados veículos em situações onde o
rebatimento dos bancos traseiros é inviável.
Foram utilizadas medidas de porta-malas de uma seleção de carros classificados
como hatches pequenos/de entrada, visando obter uma média das dimensões dos
porta-malas de diferentes montadoras e modelos. Para evitar as variações
dimensionais mencionadas acima, os valores das medições foram levemente
aproximadas para baixo na maior parte dos veículos, buscando sempre se obter o
pior cenário. Os resultados das medições estão na Tabela 1 a seguir, que apresenta
uma figura genérica representando um porta-malas de medidas A, B, C e D que são
descritos para cada modelo de veículo analisado.
14
Tabela 1: Dimensões dos diferentes veículos avaliados
Veículo A (m) B (m) C (m) D (m)
Fiat Uno 0,90 0,60 0,55 1.00
Ford Ka 1,00 0,60 0,58 1,10
Volkswagen Fox
0,95 0,70 0,60 1,10
Renault Sandero
1,35 0,80 0,55 1,30
Fiat Palio 1,00 0,60 0,55 0,95
Tendo em vista também o objeto a ser carregado, motocicletas, as mais vendidas
possuem dimensões entre eixos por volta de 1,314 metros e 1,635 metros, e
comprimento entre 2,015 metros e 2,396 metros, ditando assim uma aproximada
dimensão máxima a qual o reboque deve obedecer.
15
Tabela 2: Dimensões das motocicletas selecionadas.
Fabricante Modelo Entre-eixos (m) Peso (kg)
Comprimento (m)
Yamaha Factor 1,325 126 2,015
Crosser 1,350 131 2,050
Lander 1,390 143 2,125
Ténéré 1,390 154 2,135
Honda CG 1,314 121 2,032
Bros 1,356 121 2,067
XRE 1,417 146 2,171
CRF 150 1,328 101 1,945
CRF 230 1,372 107 2,059
* Peso em ordem de marcha
A Tabela 2 exibe o peso e as dimensões do entre eixos das motocicletas mais
vendidas de 2016 de acordo com a revista Autoesporte (AUTOESPORTE, 2016),
acompanhadas de motos mais robustas de outros fabricantes. Nela, nota-se que na
maior parte dos casos a diferença está no peso de cada motocicleta, e em alguns
casos o comprimento, e a distância entre eixos das motocicletas estudadas estão
próximas umas das outras.
16
Capítulo 4
4. Concepção do projeto
Neste capitulo será exibido o processo de montagem e desmontagem do
reboque, seus itens principais e uma análise matemática da estrutura planejada para
a construção do reboque.
4.1. Montagem
Com as limitações propostas, prevê-se que as partes do reboque sejam
desmontáveis, já que não há como uma estrutura de aproximados 2,20 metros de
comprimento e 1,60 metros de largura caber em um porta malas de 0,45 metros de
comprimento e 0,94 metros de largura. Com isso, é necessário minimizar a estrutura,
de modo que a mesma, após desmontagem, possua dimensões compatíveis com a
proposta do projeto.
Desse modo, a carga será disposta em uma estrutura em forma de cruz, com
duas estruturas principais, uma seguindo o comprimento do veículo motriz, onde a
moto será apoiada, e outra acompanhando a largura do veículo motriz, onde serão
montadas as rodas do reboque.
Para que a viga que segue o comprimento do carro comporte motocicletas de
aproximadamente 2,1 metros de comprimento, esta deverá possuir dimensões
maiores que as do objeto carregado. Com isso, é possível dividir esta viga em três
segmentos de 0,8 metros cada, que após a montagem atinja um comprimento final
de 2,2 metros. Esta disposição permite que a carga seja disposta sobre a estrutura
ao mesmo tempo que em sua forma separada, as vigas impostas pelo porta-malas.
Tais vigas são compostas por chapas de aço dobradas de forma que
apresente um perfil singular, e diferente em cada um dos segmentos, para que seja
possível o encaixe entre as mesmas. Tal característica visa possibilitar uma
disposição de armazenamento mais eficiente no porta-malas.
O primeiro segmento da viga, mais próximo do veículo motor, possui furação
para encaixe do engate rápido para fixação em pinos de reboque, e os furos para
fixação dos pinos removíveis, para uma maior facilidade de montagem, como
demonstrado na Figura 11.
17
Figura 11: Primeiro segmento da viga com perfil necessário para encaixes.
O segundo segmento da viga apresenta somente os furos para fixação dos
pinos removíveis, já que não há necessidade de mais nenhum acessório anexado na
mesma, como visto na Figura 12.
Figura 12: Segundo segmento da viga.
Já no terceiro segmento da viga, o mais afastado do motor, observa-se a
necessidade de um anexo, que já vem aparafusado no mesmo, cujo propósito é fixar
o eixo nas vigas que apoiam o veículo carregado, tal anexo atua como um mancal,
porém como o eixo não gira, não há a necessidade de possuir um rolamento como
18
no caso dos mancais tradicionais. Tal anexo é fixado nas vigas de apoio da carga, já
que não há a necessidade de desmontagem deste componente, visto que o eixo
será simplesmente desacoplado do mancal quando a estrutura do reboque estiver
desmontada. Este segmento não apresenta dimensões que atrapalham no encaixe
das peças no porta-malas. Tal fixação está demostrada na Figura 13.
Figura 13: Terceiro segmento da viga.
Com os três segmentos da viga, pode-se fixá-las umas nas outras. Essa
fixação, para uma montagem mais fácil e rápida, será feita com pinos e contra pinos
com travas do tipo “R”. Tais pinos são utilizados por possibilitarem fácil fixação e
remoção do conjunto, como mostrado na Figura 14.
Figura 14: Exemplo do encaixe dos pinos com trava R
19
A viga transversal que acompanha a largura do veículo motor, também é
desmontável, já que a mesma deve possuir, aproximadamente, a mesma dimensão
da largura aproximada do veículo motriz do reboque. Aproximando esta dimensão
para 1,6 metros com base nos veículos analisados, temos um eixo que, após sua
montagem, atende as limitações de largura do projeto.
Para isso, será necessário utilizar um eixo bipartido. Cada parte do eixo com
0,8 metros de comprimento, para que seja possível a entrada no porta malas
sugerido. O eixo, por sua vez, é fixado no mancal por meio de pinos com trava R,
que garantem a fixação dos eixos e sua estabilidade no conjunto, representado na
Figura 15.
Figura 15: Representação da fixação do eixo nas vigas de suporte.
Com o eixo fixo na estrutura, será feita a fixação dos componentes de roda do
reboque. Os componentes do conjunto de roda são todos fixos de forma que o
conjunto todo é encaixado nos eixos na hora da montagem. O conjunto apresenta os
componentes apoio do eixo, para-lamas, ponta de eixo, rolamento, cubo de roda e
pneu, como pode ser visto na Figura 16 e na Figura 17.
20
Figura 16: Representação dos elementos que compõem o conjunto das rodas.
Figura 17: Representação do apoio do eixo
O apoio de eixo, para-lamas e ponta de eixo são unidos pelos mesmos quatro
parafusos, de forma a tornar o conjunto mais compacto. O rolamento e cubo de roda
são os mesmos utilizados em carros populares, como o Volkswagen Gol, com
furação do tipo 4x100. Tal característica visa melhorar a manutenabilidade do
21
projeto, já que estes são facilmente encontrados em fornecedores de autopeças e
fabricantes especializados.
As dimensões da roda e dos pneus foram escolhidas de forma que
sejam as menores possíveis, mas que ainda assim fossem permitidas para tráfego
nas vias públicas brasileiras. Sendo assim, foram escolhidas as dimensões, que são
encontradas em estepes de veículos de várias montadoras. Tais pneus possuem as
seguintes dimensões: 105/70 R14, ou seja, são pneus com aro 14 polegadas,
possuem largura de 105 mm e 70% de razão entre a altura do flanco do pneu e a
largura do mesmo. Sendo assim, possui 14 polegadas de raio, 105 milímetros de
largura e 73,5 milímetros de altura de flanco.
Tais pneus, porém, vêm com uma limitação. Os fabricantes não
recomendam que se ultrapasse o limite de 80 km/h com tais pneus. Tal
recomendação se deve muito ao fato de que estes pneus são fabricados com a
finalidade de serem pneus estepes automotivos, com dimensões reduzidas,
justamente para que não ocupem tanto espaço dentro do porta-malas de seus
automóveis.
Como no caso da utilização deste pneu em automóveis na configuração de
pneu de reposição, para o caso de um dos pneus de rodagem se danificar, deve-se
considerar que o automóvel rodando com um pneu com dimensões destoantes dos
demais. Sendo assim, tal limitação é imposta como medida de segurança, a fim de
minimizar o risco de acidentes devido às mudanças drásticas na dinâmica do carro,
que a troca de um pneu por outro com dimensões divergentes podem causar.
Para os para-lamas do reboque, segue-se a resolução Contran nº 25, de 21
de maio de 1998, que prevê a utilização destes seguindo as restrições mostradas na
Figura 18: Restrições para dimensões do para-lamas.Figura 18.
22
Figura 18: Restrições para dimensões do para-lamas.
Com isso, tem-se o conjunto das rodas, que pode ser visto na Figura 17,
anexado ao conjunto encaixando os apoios dos eixos nos próprios eixos, como se
vê na Figura 19.
Figura 19: Representação do encaixe e fixação do eixo no conjunto de rodas.
Com todos os componentes da estrutura montados, a motocicleta pode então
ser carregada no reboque, sendo fixada com o auxílio de cintas do tipo catraca. As
cintas, após tracionadas impedindo o movimento lateral da motocicleta, bem como o
23
vertical, para que a suspensão da motocicleta não afete o comportamento dinâmico
do reboque.
Com isso, realiza-se o engate do reboque no veículo motriz, por meio do
engate rápido anexado ao apoio da viga em que foi aparafusada.
Por fim, os para-choques podem ser encaixados, já que eles atrapalhariam na
subida da moto no reboque e no encaixe do reboque no veículo motor. Os para-
choques possuem também limitações, que são descritas na resolução Contran nº
25, de 21 de maio de 1998, que por sua vez, define que as dimensões de largura do
para-choques não devem superar a largura total do reboque e não podem ser
inferiores a 100 milímetros de cada lado. Sendo assim, o para-choques também
deverá ser dividido em duas partes. O seu encaixe e fixação estão demonstrados na
Figura 20.
Figura 20: Representação do encaixe e fixação do para-lamas no reboque.
Então, a montagem do reboque e o seu engate no veículo motor estão
concluídos, como vemos na Figura 21. Com isso, a motocicleta está presa e segura
para transitar sem problemas nas condições e limitações previstas no projeto.
24
Figura 21: Representação da montagem concluída
4.2. Armazenamento
Outro fator determinante para o projeto é o armazenamento do reboque, que
deve ser compacto o suficiente para que possa ser carregado em um porta-malas de
um carro popular. Para isso, nenhuma dimensão do reboque no seu estado
desmontado supera 0,94 metros, que é a maior dimensão possível a ser disposta
sem interferências em todos os porta-malas expostos na Tabela 1.
Para melhor visualização da possibilidade de se encaixar todas as peças
necessárias no volume estudado, foi feita uma aproximação das dimensões dos
porta-malas no software Solidworks e cada peça foi colocada a fim de visualizar seu
encaixe, posição e viabilidade da proposta estudada.
O primeiro passo é desmontar todo o reboque. Então começa-se a posicionar as
vigas uma a uma no porta-malas, de forma a unir as vigas de apoio da carga como
ilustrado na Figura 22.
25
Figura 22: Posicionamento das vigas de apoio de carga.
Em seguida, os eixos poderão ser postos em cima das vigas de apoio de carga,
de forma a economizar mais espaço. Há espaço suficiente para que os eixos sejam
postos dentro das calhas das vigas de apoio de cargas, como na Figura 23.
Figura 23: Eixos posicionados no porta-malas.
Então os para-choques devem ser posicionados acima dos elementos postos
anteriormente, como mostrados na Figura 24.
26
Figura 24: Posicionamento do para-choques.
Com isso, pode-se unir o conjunto formado com as cintas do tipo catraca
utilizadas para fixar a moto no reboque, com a finalidade de diminuir o atrito e o
movimento entre os elementos no porta-malas.
Por fim, são colocados os conjuntos de rodas, que se posicionam a frente do
conjunto assentado no porta-malas nos passos anteriores, possibilitando assim que
todos os elementos fiquem posicionados no bagageiro em questão, como pode ser
visto na Figura 25
Figura 25: Colocação de todos os elementos no porta-malas.
27
4.3. Projeto Estrutural
Para um dimensionamento seguro, o mecanismo proposto foi analisado
estaticamente. Analisando as tensões, momentos e forças cisalhantes em seus
componentes. Estes estudos serão descritos no decorrer do capítulo.
4.3.1. Análise de tensões nas vigas de apoio de carga
Para uma melhor análise, as vigas de apoio de carga foram analisadas em
duas etapas, sendo a primeira uma análise das vigas como um todo, já anexadas,
em que fica possível visualizar e analisar reações do carregamento da motocicleta
no reboque, e a segunda, uma análise das tenções máximas encontradas em cada
segmento, já que cada segmento da viga de apoio de cargas possui um perfil com
dimensões diferentes um do outro.
Aproximando a massa prevista da motocicleta carregada para 200 kg, e tendo
em vista que esta carga é dividida entre duas rodas observam-se duas forças no
sistema previsto representando o peso da motocicleta carregada dividido entre suas
duas rodas. Admitindo a aceleração da gravidade como 9,81 , utiliza-se a
equação 4.1:
(4.1)
Onde:
P = Peso exercido.
m = Massa aproximada da motocicleta.
g = Aceleração da gravidade.
Com isso, podemos calcular o peso exercido no sistema estudado.
Tendo as forças e as dimensões previstas no projeto, pode-se construir o
diagrama referente às forças e reações presentes na viga de apoio de cargas. Será
utilizado o software MDSolids, que analisa os dados de entrada e apresenta todos
os resultados necessários para a análise, como mostra a Figura 26.
28
Figura 26: Modelo MDSolids para a viga de apoio de cargas
Com isso, os dados da força cortante máxima e momento fletor máximo de
todas as seções podem ser obtidos. A força cortante será utilizada para calcular a
tensão de cisalhamento máxima presente em cada segmento e o momento fletor
máximo será utilizado para calcular a tensão máxima em cada segmento da viga de
apoio de cargas.
Considerando que o primeiro segmento da viga está representado até a
distância de 0,75 m da viga, o segundo segmento está entre 0,75 m e 1,45 m e o
terceiro segmento está entre 1,45 m e 2,2 m, é possível encontrar os valores de
força cortante máxima e momento fletor máximo para cada segmento da viga de
apoio de cargas, como visto na Tabela 3.
29
Tabela 3: Forças cortantes e momentos fletores máximos para cada segmento da viga de apoio de cargas
Primeiro segmento Segundo segmento Terceiro segmento
Força cortante 2878,23 N 1481,03 N 4359,26 N
Momento fletor 1007,38 N m 560,66 N m 784,67 N m
Para calcular a tensão máxima nas seções estudadas, utilizamos a equação
4.2.
(4.2)
Onde:
= Tensão normal máxima no elemento.
M = Momento interno resultante.
c = Distância perpendicular do eixo neutro a um ponto mais afastado.
I = Momento de inércia da área.
Para obter o momento de inércia dos segmentos da viga, utilizou-se o
software Solidworks e sua extensão de análise de seção, onde há a possibilidade de
encontrar as características do perfil selecionado da viga. Com isso, o momento de
inércia do primeiro segmento foi encontrado.
É necessária a localização do eixo neutro, que também pode ser encontrado
com o auxílio da extensão de análise de seção do Solidworks, que pôde ser
observado como sendo de a partir do ponto mais inferior da seção.
Sabendo que a tensão máxima de uma seção é encontrada no ponto
perpendicular ao eixo neutro mais afastado da seção, então, pode-se encontrar que
a maior distância perpendicular ao eixo neutro na seção é:
30
Com os dados obtidos, podemos chegar ao resultado:
Será utilizado o critério de falha de Von Mises, como descrito na equação 4.3:
(4.3)
Onde:
= Tensão máxima encontrada no eixo x.
= Tensão de cisalhamento encontrada na seção.
= Tensão de escoamento do material utilizado.
Para encontrar a tensão de cisalhamento na seção, será utilizada a equação
4.4.
(4.4)
Onde:
= Tensão de cisalhamento máxima.
V = Esforço cortante.
I = Momento de inércia da seção.
t = Largura da área da seção estudada.
Q = Fator que é dado pela multiplicação da distância da linha neutra e a área
da seção estudada.
Com isso:
31
Para uma melhor maneabilidade dos itens do projeto, já que eles devem ser
carregados e descarregados de um porta-malas, os materiais foram de grande
importância ao projeto. A princípio, a prioridade era que se utilizasse um material
leve, com a menor densidade possível em todos os componentes, porém, com a
análise das tensões exigidas no projeto, se verificou que materiais como ligas
alumínio não seriam resistentes o suficiente para as tensões calculadas e não
possuiriam fator de segurança suficiente.
Outros materiais de igual densidade e com resistência mecânica superior
foram descartados devido aos custos dos mesmos serem muito altos. Com isso em
vista, o material utilizado no projeto das vigas de apoio foi o aço ASTM 1020, que
possui densidade superior, porém atende às especificações de resistência do projeto
de forma segura.
Com os dados necessários para a aplicação a aplicação da equação 4.4,
onde encontramos que:
Conclui-se então, que o material está adequado ao projeto da viga, já que não
apresenta falha utilizando o critério de Von Mises.
O segundo segmento da viga também será analisado pelo critério de falha de
von Mises, para isso, é necessário encontrar os dados da seção do segmento da
viga, que são obtidos com o auxílio do software Solidworks. Com isso, têm-se o
momento de inércia:
É necessária a localização do eixo neutro, que também pode ser encontrado
com o auxílio da extensão de análise de seção do Solidworks, então:
Sabendo que a tensão máxima de uma seção é encontrada no ponto
perpendicular ao eixo neutro mais afastado da seção, então, pode-se encontrar que
a maior distância perpendicular ao eixo neutro na seção é
32
Com esses dados, se torna possível calcular a tensão máxima na seção
estudada, como observa-se na equação 4.2:
A tensão de cisalhamento na seção será obtida por meio da equação 4.4,
então, observa-se o resultado:
Com os dados necessários é feita a aplicação do critério de falha de Von
Mises, como visto na fórmula 4.3.
Conclui-se então, que o material está adequado ao projeto da viga, já que não
apresenta falha utilizando o critério de Von Mises.
Para o terceiro segmento da viga, também será realizada análise pelo critério
de falha de von Mises, para isso, é necessário encontrar os dados da seção do
segmento da viga, que são obtidos com o auxílio do software Solidworks. Com isso,
têm-se o momento de inércia:
É necessária a localização do eixo neutro, que também pode ser encontrado
com o auxílio da extensão de análise de seção do Solidworks, então:
Sabendo que a tensão máxima de uma seção é encontrada no ponto
perpendicular ao eixo neutro mais afastado da seção, então, pode-se encontrar que
a maior distância perpendicular ao eixo neutro na seção é
Com esses dados, se torna possível calcular a tensão máxima na seção
estudada, então, utilizando a equação 4.2, pode ser encontrado que:
33
A tensão de cisalhamento na seção será obtida por meio da equação 4.4,
então, com os dados da Tabela 4, foi obtido:
Com isto, foi feita a aplicação do critério de falha de Von Mises, como visto na
fórmula 4.3.
Conclui-se então, que o material está adequado ao projeto da viga, já que não
apresenta falha em nenhum dos segmentos apresentados utilizando o critério de
Von Mises.
4.3.2. Análise dos pinos de fixação da montagem das vigas de
apoio à carga
O dimensionamento dos pinos foi realizado tendo em vista a equação 4.5.
(4.5)
Onde:
= Maior força cortante encontrada em todos os segmentos da viga
A = Área do parafuso
Então:
Tendo em vista que a tensão máxima é muito inferior ao limite de escoamento
do material, se conclui que o material se deforma elasticamente e não há ocorrência
de falhas.
34
4.3.3. Análise dos parafusos de fixação da montagem das vigas de
apoio à carga
Para dimensionar os parafusos encontrados no terceiro segmento da viga,
que fazem a união da mesma com o apoio dos eixos, teremos que encontrar o fluxo
de cisalhamento em cada parafuso, seguindo a equação do fluxo de cisalhamento
4.6:
(4.6)
Onde:
q = Fluxo de cisalhamento.
V = Força cortante na seção onde serão aplicados os parafusos.
Q = Momento estático da área.
I = é o momento de inércia da seção onde serão estudados os parafusos.
Então:
Então, como na seção, estão aplicados 2 parafusos e há uma distância de
0,09 m até a próxima fileira de parafusos, encontra-se que a força exercida em cada
parafuso é de:
Com isso, observa-se que o parafuso escolhido M10 suporta as cargas
exigidas no projeto, como apresentado na Tabela 3.
35
Tabela 4: Catálogo de resistências dos parafusos
4.3.4. Análise dos parafusos de fixação da ponta de eixo, para-lamas
e apoio de eixo
Para analisar a união do conjunto ponta de eixo, para-lamas e apoio de eixo,
ilustrados na Figura 27, a equação (4.6) pode ser utilizada, demonstrando o fluxo de
cisalhamento na seção estudada.
36
Figura 27: Detalhe da seção com parafusos da união da ponta de eixo, pára-lamas e apoio de eixo.
Com isso, o valor de q pode ser encontrado, utilizando a equação 4.6.
Então, como na seção estudada, estão aplicados 2 parafusos com uma
distância de 0,08 m entre eles, e ainda existe outra fileira com 2 parafusos
espaçados em 0,08 m, que por sua vez está a uma distância de 0,08 m da primeira
fileira. Portanto encontra-se que a força exercida em cada parafuso é de:
Que, como pode ser visto na Tabela 4, é muito menor do que a força
permitida pelo parafuso M10 escolhido.
4.3.5. Análise de tensões dos eixos fixos
Para o dimensionamento do eixo, que é um eixo fixo, a análise será
conduzida considerando o mesmo como uma viga. Tal viga foi considerada como
engastada com os esforços ocorrendo no sentido negativo, ou seja, considerando o
reflexo do peso da carga atuando na ponta do eixo mais próxima às rodas do
37
reboque, o que tornaria o modelo mais próximo das reações reais que ocorrem ao
carregar o reboque com sua carga a ser transportada.
O diagrama equivalente construído no software MDSolids pode ser visto na
Figura 28 onde há a representação do diagrama de forças, cortante e momentos.
A força exercida na extremidade do eixo mais próxima da roda foi
considerada como metade do sistema estudado, considerando que o modelo é
simétrico e há outra parte do eixo suportando também a outra metade da carga,
como demonstrado na Figura 28.
Figura 28: Modelo MDSolids para o segmento do eixo.
Com isso, e com os dados de momento de inércia e posição da linha neutra
encontrados no software Solidworks, permitindo encontrar a tensão máxima no
sistema pela equação 4.2.
Então, pode ser encontrado o valor:
38
A tensão de cisalhamento na seção será obtida por meio da equação 4.4,
então, temos que:
Com os dados necessários é feita a aplicação do critério de falha de Von
Mises, como visto na equação 4.3.
Conclui-se então, que o material está adequado ao projeto da viga, já que não
apresenta falha utilizando o critério de Von Mises e devido a tensão máxima
calculada ser muito inferior à tensão de escoamento do material.
4.3.6. Análise de tensões nas pontas de eixo
Para o dimensionamento da ponta de eixo, que é o local onde o rolamento se
encaixa, também será representado como uma viga engastada, em que a força no
sistema é a força que o conjunto das rodas exerce sobre a ponta de eixo, que foi
aproximada para uma força distribuída em toda a seção em contado com o
rolamento, como pode ser visto na Figura 29.
Figura 29: Modelo MDSolids para a ponta de eixo.
39
Com os dados de momento de inércia e posição da linha neutra encontrados
no software Solidworks e utilizando os dados obtidos pela Figura 29, podemos
encontrar a tensão máxima no sistema pela equação 4.2.
Então, pode ser encontrado o valor:
A tensão de cisalhamento na seção será obtida por meio da equação 4.4.
Com os dados necessários, aplicamos critério de falha de Von Mises, visto na
equação 4.3.
Pode ser concluído que o material está adequado ao projeto da viga, já que
não apresenta falha utilizando o critério de Von Mises e devido a tensão máxima
calculada ser muito inferior à tensão de escoamento do material.
40
Capítulo 5
5. Análise Dinâmica em 2D
Visando compreender o comportamento dinâmico do reboque durante a
rodagem, foi feito um modelo bidimensional do mesmo. Com isso, efeitos de torção
provocados pelo deslocamento angular das estruturas do reboque e do carro não
serão contemplados pelo estudo.
Para analisar o comportamento dinâmico do reboque, deve-se levar em
consideração a movimentação deste montado, carregado e acoplado a um carro de
passeio. Esta configuração foi escolhida por se tratar do layout no qual o projeto
estará sujeito na maior parte do tempo em termos de transporte, uma vez que ao
descarregar o reboque o mesmo pode simplesmente ser desmontado, não havendo
a necessidade de ser transportado acoplado e sem carga.
O estudo consiste em sujeitar o sistema a uma excitação de base oriunda de
uma lombada, que teve suas dimensões baseadas na resolução 39/98 do
CONTRAN. (1998). Os ensaios virtuais foram feitos com o auxílio do software
Matlab, onde após a simulação são apresentados gráficos que auxiliam na
compreensão do comportamento do modelo.
A excitação de base causada pela lombada é expressa da seguinte forma:
(5.1)
A equação 5.1 representa o deslocamento vertical provocado pela excitação
de base.
Onde:
Deslocamento máximo provocado pela lombada
Frequência angular
Tempo referente ao posicionamento da roda sobre a lombada
Como a equação 5.1 da excitação de base indica, é necessário determinar os
tempos de entrada das rodas na lombada. O tempo de entrada de cada roda será
41
calculado analogamente para todas as rodas do sistema, através do
equacionamento descrito abaixo da Figura 30: Representação do modelo carregado.
Figura 30: Representação do modelo carregado
, (5.2)
(5.3)
, (5.4)
Onde:
Tempo de entrada da roda dianteira do carro na lombada
Tempo de entrada da roda traseira do carro na lombada
Tempo de entrada da roda do reboque no quebra-molas
Distância até a lombada
Comprimento da lombada
Velocidade do carro
Com estes dados é possível obter também os tempos de saída das rodas da
lombada, como demonstrado nas equações abaixo.
42
(5.5)
(5.6)
(5.7)
Sendo:
Tempo de saída da roda dianteira do carro do quebra-molas
Tempo de saída da roda traseira do carro do quebra-molas
Tempo de saída da roda do reboque do quebra-molas
Com as equações expostas acima é possível notar que a excitação de base
está diretamente ligada aos tempos de entrada, distância do carro até a lombada,
dimensões do veículo e velocidade.
5.1. Análise do Veículo
Para a análise realizada neste estudo, o carro a tracionar o reboque é tratado
como um corpo rígido. Desta maneira, as deformações na estrutura do veículo são
desconsideradas e não interferem na dinâmica do sistema. Com isto, o carro é
estudado com um total de quatro graus de liberdade, sendo estes indicados abaixo e
na Figura 31.
Deslocamento vertical da roda dianteira do carro
Deslocamento vertical da roda traseira do carro
Deslocamento vertical do carro
Ângulo de arfagem do centro de massa do carro
43
Figura 31: Representação do carro
Onde:
Distância do eixo dianteiro ao centro de gravidade
Distância do eixo traseiro ao centro de gravidade
Distância do engate ao centro de gravidade
Rigidez das molas do eixo dianteiro
Rigidez das molas do eixo traseiro
Constante de amortecimento dos amortecedores do eixo frontal
Constante de amortecimento dos amortecedores do eixo traseiro
Rigidez do pneu dianteiro
Rigidez do pneu traseiro
Excitação de base no eixo dianteiro
Excitação de base no eixo traseiro
Por se tratar de um hatch médio, onde sua distribuição de peso é
relativamente simétrica, foi adotado o centro do entre eixos do carro como a posição
do seu centro de gravidade.
44
Com o objetivo de elaborar o equacionamento do deslocamento do veículo,
foi feito o somatório das forças e momentos atuantes nas rodas e no chassi em
relação aos seus respectivos centros de gravidade. A força F representa a força no
acoplamento do reboque no carro, onde seu valor varia de acordo com o
deslocamento e a interação entre estes objetos.
Separando os componentes do veículo da maneira supracitada, visando
compreender as forças atuantes nestes elementos, tem-se na Figura 32 o diagrama
de corpo livre referente à roda dianteira do carro (roda 1):
Figura 32: DLC da roda dianteira do carro
(5.8)
Onde é o peso da roda 1.
Analogamente, temos a Figura 33 para a roda traseira do carro (roda 2):
Figura 33 - DCL Roda Traseira
(5.9)
) )
)
Roda2
) )
)
Roda1
45
Onde é o peso da roda 2.
Por fim, temos a Figura 34 mostra o DCL para a análise do carro:
Figura 34: DCL do Carro
(5.10)
(5.11)
5.2. Análise do Reboque
Para analisar o comportamento dinâmico do reboque, o mesmo é considerado
como um corpo rígido, de maneira análoga à feita com o carro que o traciona. Sendo
assim, as deformações na estrutura são desconsideradas para o cálculo do
deslocamento do seu centro de gravidade.
Para este componente, serão considerados dois graus de liberdade, sendo
estes indicados abaixo e na Figura 35.
Deslocamento vertical do reboque
Ângulo de arfagem do centro de massa do reboque
+
)
)
)
F
)
Carro
CG
46
Figura 35: Reboque
Onde:
Distância do eixo do reboque ao seu centro de gravidade
Distância do engate ao centro de gravidade do reboque
Excitação de base na roda do reboque
Rigidez do pneu do reboque
Visando estudar as forças atuantes no reboque, é necessário elaborar um
DCL da mesma. Para tal, pode-se considerar a estrutura, rodas e carga a se
transportar como um único elemento, uma vez que a flexibilidade e movimento entre
estes componentes são desconsiderados. Com isso, tem-se a Figura 36:
47
Figura 36: DCL Reboque
(5.12)
(5.13)
Onde são o peso total da estrutura,
do reboque e da roda do reboque.
5.3. Análise do Sistema Acoplado
Nesta etapa, busca-se compreender comportamento dinâmico do reboque
durante sua operação. Para tal, o mesmo é considerado acoplado ao veículo que o
tracionará. Isto será feito através da união dos dois modelos representados na seção
anterior (carro e reboque) através do engate, no qual atuará uma força F, variável de
acordo com a excitação de base nestes corpos.
Com tal modelo de acoplamento, é possível visualizar de maneira eficaz
comportamentos como deslocamento vertical e ângulo de arfagem dos dois corpos,
uma vez que o comportamento de um corpo afeta diretamente o outro. O modelo
dos veículos acoplados é representado pelo modelo físico na Figura 37.
)
)
F
CG
Reboque
48
Figura 37: Diagrama do Acoplamento
Para definir as equações de movimento do acoplamento, deve-se
recorrer às equações 5.8, 5.9, 5.10, 5.11, 5.12 e 5.13. Reestruturando tais
equacionamentos, obtém-se:
(5.14)
para a roda dianteira do carro,
(5.15)
para a roda traseira do carro,
(5.16)
(5.17)
para o carro e,
(5.18)
(5.19)
para o reboque.
Com estas equações, é possível montar um modelo matemático do tipo,
(5.20)
e d
Reboque
a b c-b
Carro
Roda1 Roda2
49
Onde a matriz de massa M é expressa por
(5.21)
A matriz de amortecimento B por
(5.22)
A matriz de rigidez K por
(5.23)
Para os vetores de deslocamento, representados na equação 5.20 por , temos:
(5.24)
Para os demais vetores , e , relacionados as matrizes , e ,
respectivamente, tem-se:
50
(5.25)
(5.26)
(5.27)
Uma vez estruturadas as equações de movimento em forma de matrizes,
pode-se inseri-las no software Matlab em busca da obtenção dos resultados das
simulações.
5.3.1. Parâmetros da Simulação
Antes de iniciar a simulação, é necessário definir os parâmetros do sistema.
Para obtenção de resultados confiáveis, é necessário definir tais entradas da
maneira mais próxima à encontrada nos veículos da categoria selecionada, bem
como os dados específicos do reboque.
Para as dimensões do veículo, foram utilizadas as informações da ficha
técnica do Ford Ka 2017, acoplado ao reboque do projeto por meio de um engate
padrão. Tal sistema está carregado transportando uma motocicleta com peso
baseado na Yamaha Ténéré 2017, que é extraído de sua ficha técnica, onde tem-se:
51
Além das informações obtidas na ficha técnica dos veículos mencionados e
no projeto do reboque, dados específicos como, constante elástica dos pneus,
constante de amortecimento e rigidez da suspensão do carro foram obtidas nas
tabelas de Ruthes (RUTHES, 2016) e no APÊNDICE IV para o caso da rigidez do
pneu do reboque, que difere dos demais do sistema. Para os dados da lombada, as
informações foram baseadas na Resolução 39/98 do CONTRAN. (1998).
52
5.3.2. Resultados da Simulação
O sistema elaborado no APÊNDICE I com base nos parâmetros adotados
acima foi sujeito a duas situações para estudo do seu comportamento.
Primeiramente, o sistema foi considerado sujeito apenas à ação da gravidade,
onde seu peso gera um forçamento capaz de deslocar verticalmente o sistema,
gerando oscilações a serem analisadas adiante.
Em outro estágio, submeteu-se o sistema a ação de uma lombada, que tem
suas especificações explicitadas na seção Parâmetros da Simulação.
5.3.2.1. Efeito exclusivo da Ação dos Pesos
Para sujeitar o modelo às ações das forças peso de seus componentes, foi
desenvolvido uma programação no Matlab APÊNDICE III, que submete o sistema à
situação desejada.
Após executar a simulação pode-se segmentar o sistema em roda dianteira,
roda traseira, carro e reboque. Com isso, para os componentes do carro tem-se:
A Figura 38 com o deslocamento vertical da roda dianteira do carro sobre o tempo,
Figura 38: Deslocamento Vertical 1 da Roda Dianteira
53
A Figura 39 com a velocidade vertical da roda dianteira do carro em função do
tempo,
Figura 39: Velocidade Vertical 1 da Roda Dianteira
A Figura 40 como deslocamento vertical da roda traseira do carro sobre o tempo,
Figura 40: Deslocamento Vertical 1 da Roda Traseira
54
A Figura 41 com a velocidade ao longo do deslocamento vertical da roda traseira do
carro sobre o tempo,
Figura 41: Velocidade Vertical 1 da Roda Traseira
A Figura 42 com o deslocamento vertical do carro sobre o tempo,
Figura 42: Deslocamento Vertical 1 do Carro
55
A Figura 43 Como velocidade ao longo do deslocamento vertical do carro sobre o
tempo.
Figura 43: Velocidade Vertical 1 do Carro
Da mesma forma, é possível analisar para o reboque:
A Figura 44 para o deslocamento vertical do reboque ao longo do tempo,
Figura 44: Deslocamento Vertical 1 do Reboque
A Figura 45 para a velocidade ao longo do deslocamento vertical do reboque sobre o
tempo.
56
Figura 45: Velocidade Vertical 1 do Reboque
Após a ação das forças, tanto o reboque quanto o carro sofrerão variações no
seu ângulo de arfagem, que se estabilizarão em uma posição diferente da sua
configuração inicial. Com isso o comportamento do carro é descrito na Figura 46
como:
Figura 46: Arfagem 1 do Carro
Para o reboque, temos o comportamento expresso na Figura 47 como:
57
Figura 47: Arfagem 2 do Reboque
A união entre o carro e o reboque é garantida unicamente através do engate.
Para unir estes componentes, o engate foi tratado como uma mola fictícia, de rigidez
elevada, que gera uma deformação nesta conexão. Por se tratar de uma mola
fictícia, tal deformação deve ser a menor possível, visando não interferir no
comportamento dos outros componentes do sistema.
As forças atuantes no engate podem ser obtidas através da simulação, bem
como a deformação presente nesta mola fictícia. Tais dados podem ser expressos
com suas variações ao longo do tempo nas Figuras Figura 48 e Figura 49.
Figura 48: Força 1 na conexão do engate
58
Figura 49: Deformação 1 na conexão do engate
Com as informações expostas acima é possível entender o comportamento
do sistema como um todo, assim como validar o acoplamento através da
deformação na conexão do engate, que se manteve dentro do esperado para esta
simulação.
5.3.2.2. Sistema Exposto à Lombada
A seguir, sujeita-se o modelo à excitação de base proveniente da lombada
previamente descrita. Tal simulação se dará submetendo a programação
APÊNDICE I ao APÊNCICE II, de maneira análoga à feita na seção anterior.
Para esta simulação, o modelo será segmentado como carro e reboque,
mantendo as rodas do carro inclusos na simulação e interagindo com o movimento
do sistema como um todo. Desta maneira, é possível se obter:
A Figura 50 com o deslocamento vertical do carro em função do tempo,
59
Figura 50: Deslocamento Vertical 2 do Carro com a massa suspensa
A Figura 51 com a velocidade ao longo do deslocamento vertical do carro em função
do tempo.
Figura 51: Velocidade Vertical 2 do Carro
60
Da mesma forma, é possível analisar para o reboque:
A Figura 52 indicando o deslocamento vertical do reboque ao longo do tempo,
Figura 52: Deslocamento Vertical 2 do Reboque
A Figura 53 expressando a velocidade ao longo do deslocamento vertical do
reboque sobre o tempo.
Figura 53: Velocidade Vertical 2 do Reboque
61
Assim como na simulação anterior, é possível afirmar que após a ação das
forças, tanto o reboque quanto o carro sofrerão variações no seu ângulo de arfagem,
que se estabilizarão em uma posição diferente da sua configuração inicial. Com isso
o comportamento do carro é descrito na Figura 54 como:
Figura 54 - Arfagem 2 do Carro
Para o reboque, temos um comportamento expresso na Figura 55 como:
Figura 55 - Arfagem 2 do Reboque
62
Para esta simulação, a maneira de analisar o engate e trata-lo como conexão
entre o carro e o reboque se mantém a mesma que a da simulação anterior, tratando
este como uma mola fictícia com um coeficiente de rigidez . Sua deformação
deve se manter a menor possível dentro da análise, para que esta oscilação não
interfira no comportamento do sistema como um todo.
A simulação exibe a variação da força e da deformação presente no engate
ao longo do tempo e se apresenta da seguinte forma:
Figura 56 - Força 2 na conexão do engate
Figura 57 - Deformação 2 na conexão do engate
63
Os gráficos extraídos da simulação indicam que o comportamento da mola
fictícia do engate está dentro do esperado, com uma deformação baixa se
comparada aos deslocamentos do sistema, validando novamente o acoplamento
entre o carro e o reboque.
5.3.3. Análise dos Resultados
Os resultados indicam um grande deslocamento gerado desde os primeiros
ensaios, onde só são aplicadas as forças provenientes da massa suspensa. Tal
massa aplicada comprime as molas do sistema, melhorando assim sua estabilidade.
Analisando os resultados do ponto de vista do reboque, é possível notar um
alto índice de oscilações. Tal comportamento já é esperado pela natureza do projeto,
que por possuir suspensão rígida conta apenas com a compressão dos pneus para
absorção das excitações de base.
Nota-se também que o comportamento do reboque causa um efeito direto no
posicionamento e movimentação dos componentes do carro, que ocorre graças ao
acoplamento, mostrando assim a importância de analisar este sistema carro-
reboque como sendo um sistema único.
64
Capítulo 6
6. Precificação do Projeto
Para que o projeto seja viável, deve-se avaliar não só os componentes
estruturais e seu comportamento dinâmico. Há de se levar em conta seus custos de
fabricação, para agregar competitividade no segmento de reboques.
Nesta análise, é feita uma estimativa de custo para fabricação do reboque em
questão. Entretanto, os valores listados são os encontrados no mercado varejista.
Para a fabricação do reboque em grande escala, é necessário um estudo mais
aprofundado, se obtendo assim um valor mais próximo da realidade de uma fábrica
de reboques.
Será considerado um processo de fabricação de quatorze horas, com o custo
de R$ 42,00 por hora trabalhada. Em adição a este, será aplicado um custo de 20%
sobre valor final, simulando os custos inerentes às certificações e regulamentações.
Em busca de retorno financeiro, será estipulada uma margem de lucro de
80% sobre o valor total, para que a simulação de preço seja informativa tanto do
ponto de vista de manufatura quanto do ponto de vista de valores para o usuário
final.
Para esta precificação, não serão contabilizados os pinos e contra pinos
(Trava do tipo “R”), uma vez que estes podem ser obtidos de várias maneiras
diferentes (usinagem de tarugos, compra no mercado varejista e compra no
mercado atacadista), o que poderia interferir muito no valor final.
Após cotar os componentes do projeto em mercados diversos como lojas de
autopeças, serralherias e borracharias, tem-se a Tabela 5 - Valor Estimado dos
Componentes do Reboque.
65
Tabela 5 - Valor Estimado dos Componentes do Reboque
Produto Quantidade Valor Unitário Valor no Reboque
Engate Rápido com tubo de
conexão 1 R$ 99,80 R$99,80
Viga de apoio da carga (1/3) 1 R$ 42,50 R$ 42,50
Viga de apoio da carga (2/3) 1 R$ 42,50 R$ 42,50
Viga de apoio da carga (3/3) 1 R$ 42,50 R$ 42,50
Suporte do eixo 1 R$ 12,40 R$ 12,40
Eixo 2 R$ 38,20 R$ 76,40
Para-lamas 2 R$ 20,00 R$ 40,00
Ponta de eixo 2 R$ 50,90 R$ 101,80
Cubo de roda com rolamento 2 R$ 56,24 R$ 112,48
Pneus e rodas 2 R$ 140,00 R$ 280,00
Parachoque traseiro 2 R$ 21,90 R$ 43,80
Tomada 3 pinos 1 R$ 13,20 R$ 13,20
Lanternas 2 R$ 13,90 R$ 27,80
Fiação 2 R$ 5,90 R$ 5,90
Kit de Cintas Catraca 1 R$ 38,28 R$ 38,28
Mão-de-obra 14 R$ 42,00 R$ 588,00
Processos 5 R$ 40,00 R$ 200,00
Lucro 80% 80%
VALOR TOTAL DO REBOQUE R$ 3541,25
O custo de fabricação de uma unidade, sem a adição da mão-de-obra e
gastos provenientes dos processos de fabricação e regulamentação, é de R$
979,36. Após adicionar estes fatores, o custo por reboque passa a ser R$ 1967,36
por unidade, chegando então a R$ 3.541,25 por unidade após a aplicação da
margem de lucro.
66
Mesmo com os valores encontrados sendo estimados sobre o ponto de vista de
um cenário negativo, o projeto ainda se apresenta de maneira vantajosa. Quando
comparado a projetos similares, seu custo ainda está baixo uma vez ponderadas as
soluções que ele propõe quando comparado a um reboque de estrutura rígida.
67
Capítulo 7
7. Conclusão
Através das simulações, a análise matemática revela que o projeto é viável e
todos os seus componentes estão propriamente dimensionados conforme os
requisitos do projeto. No entanto, vale ressaltar que ocorre a heterogeneidade de
materiais, como a não utilização de alumínio em áreas onde há maior carga exigida,
fazendo com que o material escolhido para suportar as cargas tenha uma densidade
muito maior, o que não impede ou inviabiliza o projeto, mas torna a montagem e a
desmontagem do reboque mais trabalhosa por se tratar da não utilização de
materiais leves em todo o projeto.
A natureza de um projeto modular de suspensão rígida revela um baixo custo
de fabricação e a praticidade de não se ter um módulo de suspensão ocupando um
espaço maior quando armazenado ou talvez exigindo a presença de ferramentas
para montagem e desmontagem da estrutura. Entretanto, a análise dinâmica revela
que isso traz consequências referentes ao comportamento dinâmico do sistema
como um todo, uma vez que o reboque está sujeito a um índice de oscilações maior
que o encontrado em sistemas com suspensão mais sofisticada.
7.1. Projetos Futuros
Com as conclusões tiradas do projeto proposto, existe a possibilidade de impor
modificações e melhorias acerca do reboque, tais como:
Análise da estrutura sobre outros tipos de excitação de base, visando
compreender melhor o comportamento do sistema em diferentes
situações;
Promover o estudo do projeto quando exposto à ação de uma curva, para
estudar os efeitos de rolagem e se obter mais informações relativas à
estabilidade do projeto
Submeter a estrutura a uma análise de elementos finitos, para se obter o
máximo de realismo nas simulações;
Estudar a aplicação de sistemas compactos de amortecimento sem fugir
das propostas de portabilidade do projeto;
68
Verificar a viabilidade de aplicação de materiais mais sofisticados no
reboque;
Elaborar um estudo econômico mais aprofundado sobre os custos de
fabricação do projeto;
Alterar a estrutura base para que o reboque seja capaz de transportar
cargas variadas.
69
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Matlab 2016a Versão 9.0. MathWorks, 2016. 1 CD-ROM
RUTHES, J. P. Análise de Sensibilidade de Suspensão Veícular. 2016.
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CISER. Catálogo de parafusos. Disponível em
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MAGNAMET. Catálogo de pinos e travas. Disponível em <
http://www.magnamet.com.br/fabrica-industria-contrapinos-travas.html>.
Acesso em: 25 de outubro de 2017
71
RAO S. Vibrações Mecânicas. 4. Ed. São Paulo: Pearson Editora, 2011
APÊNDICE I: Programa principal.m do sistema acoplado
__________________________________________________________
clear
close all
global g a b c d e Pcarro k1 k2 k3 k1linha k2linha keq1 keq2
kengate ...
Mmoto Mr1 Mr2 Mr3 Mcarreta Mcarro Mtot Ptot Pmoto Pr1 Pr2 Pr3
...
Pcarreta Icarro Icarreta b1 b2 b3 v vc ...
M B K K1 B1 Aa Bb Cc F yo q dq def tentrada1 tsaida1 tentrada2
tsaida2 tentrada3 tsaida3 l y1 y2 y3
%
% Parâmetros do Problema
%
g=9.81; % Aceleração da gravidade [m/s^2]
a=1.246; % Distância da suspensão dianteira ao CG do carro [m]
b=1.246; % Distância da suspensão traseira ao CG do carro [m]
c=1.267; % Distância do engate do carro ao CG do carro [m]
d=1.097; % Distância do engate ao CG da carreta[m]
e=0.380; % Distância do eixo ao CG da carreta[m]
l=2.492; % Distância entre-eixos do carro [m]
Mcarro=1450; % Massa do veículo baseada no peso bruto [kg]
Mcarreta=60.64; % Massa da carreta [kg]
Mmoto=154; % Massa da moto [kg]
Mr1=8; % Massa da roda dianteira do carro [kg]
Mr2=8; % Massa da roda traseira do carro [kg]
Mr3=4; % Massa da roda da carreta [kg]
Mtot=Mcarreta+Mmoto+Mr3; % Massa total da carreta [kg]
Pcarro=Mcarro*g/2; % Peso do veículo baseado no peso bruto
(efetivo)[N]
Pcarreta=Mcarreta*g/2; % Peso da carreta (efetivo) [N]
Pmoto=Mmoto*g/2; % Peso da moto (efetivo) [kg]
Pr1=Mr1*g; %Peso da roda dianteira do carro [kg]
Pr2=Mr2*g; %Peso da roda traseira do carro [kg]
Pr3=Mr3*g; %Peso da roda da carreta [kg]
Ptot=Pcarreta+Pmoto+Pr3; %Peso total da carreta carregada [kg]
Icarro=2453.5; %Momento de inercia do carro [Kg*m^2]
Icarreta=481.1; %Momento de inercia do carro [N/m^2]
b1=1554; %Constante de amortecimento dianteira do carro [Ns/m]
b2=3144.2; %Constante de amortecimento traseira do carro
[Ns/m]
b3=0; %Constante de amortecimento do chassis da carreta [Ns/m]
k1=16878.32; %Coeficiente elástico da suspensão dianteira do
carro [N/m]
k2=19000; %Coeficiente elástico da suspensão traseira do carro
[N/m]
k3=33355.94; %Coeficiente elástico do pneu da carreta [N/m]
k1linha=190000; %Coeficiente elástico do pneu dianteiro do
carro [N/m]
k2linha=190000; %Coeficiente elástico do pneu traseiro do
carro [N/m]
kengate=250000; %Coeficiente elástico do chassi da carreta
[N/m]
v=10; %Velocidade do carro [km/h]
vc=v/3.6; %Velocidade do carro [m/s]
%%%%%%%%%%%DADOS QUEBRA-MOLAS%%%%%%%%%%
yo=0.1; %altura quebra molas (m)
q=3.7; %comprimento quebra molas (m)
dq=1.5; %distancia roda da frente até quebra-mola (m)
% tempos para quebra-molas
tentrada1=dq/vc; %distância da primeira roda até o quebra-
molas
tsaida1=tentrada1+(q/vc); %instante em que a primeira roda sai
do quebra-molas
tentrada2=tentrada1+(a+b)/vc; %Instante de entrada da segunda
roda
tsaida2=tentrada2+(q/vc); %instante de saída da segunda roda
tentrada3=tentrada2+(a+c+d)/vc; %Instante de entrada da roda
da carreta
tsaida3=tentrada3+(q/vc); %Instante de saída da roda do
reboque
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%% MATRIZES DO SISTEMA %%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Matriz Massa %
M=[Mr1 0 0 0 0 0;0 Mr2 0 0 0 0;0 0 Mcarro 0 0 0;0 0 0 Icarro 0
0;...%
0 0 0 0 Mtot 0;0 0 0 0 0 Icarreta];
% Matriz Amortecimento %
B=[b1 0 -b1 -b1*a 0 0;0 b2 -b2 b2*b 0 0;...%
-b1 -b2 (b1+b2) (b1*a-b2*b) 0 0;...%
-b1*a b2*b (b1*a-b2*b) (b1*(a^2)+b2*(b^2)) 0 0;0 0 0 0 b3 -
b3*d;...%
0 0 0 0 b3*d b3*(d^2)];
% Matriz Rigidez %
K=[k1+k1linha 0 -k1 -k1*a 0 0;...%
0 k2+k2linha -k2 k2*b 0 0;-k1 -k2 k1+k2 (k1*a-k2*b) 0
0;...%
-k1*a k2*b k1*a-k2*b (k1*(a^2)+k2*(b^2)) 0 0;...%
0 0 0 0 k3 -k3*d;0 0 0 0 -k3*d k3*(d^2)];
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Aa=[zeros(6) eye(6);-inv(M)*K -inv(M)*B];
%
Cc=[-k1linha 0 0 0 0;0 -k2linha 0 0 0;0 0 0 0 -1;0 0 0 0 c;0 0
-k3 -b3 1;0 0 k3*d b3*d e];
Bb=[zeros(6,5);inv(M)*Cc];
%
tspan=[0 15];
y0=[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0];
[t,y]=ode45('equacaoPF',tspan,y0);
n=length(t);
%
%
def=(y(1:n,3)-c*y(1:n,4)-y(1:n,5)+e*y(1:n,6)); %Deformação da
conexão do engate
F=kengate*def;
x1=y(1:n,1); %Deslocamento da roda dianteira do carro
x2=y(1:n,2); %Deslocamento da roda traseira do carro
x0=y(1:n,3); %Deslocamento vertical do carro
teta1=y(1:n,4); %Deslocamento angular do carro
x3=y(1:n,5); %Deslocamento vertical da carreta
teta2=y(1:n,6); %Deslocamento angular da carreta
v1=y(1:n,7); %Velocidade da roda dianteira
v2=y(1:n,8); %Velocidade da roda traseira
v0=y(1:n,9); %Velocidade do carro
teta1ponto=y(1:n,10);
v3=y(1:n,11); %Velocidade da carreta
teta2ponto=y(1:n,12);
%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%
% DESACOPLAMENTOS %
%%%%%%%%%%%%%%%%%
Froda1=k1linha*(x1-y1);
Froda2=k1linha*(x2-y2);
Froda3=k1linha*(x3-y3);
% Conversão para Radianos %
teta1gr=(teta1)*57.2958;
teta2gr=(teta2)*57.2958+18;
%
%%% GRÁFICOS %%%%
% Roda dianteira
figure(1)
plot(t,-x1)
title('Deslocamento Vertical da Roda Dianteira')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m)')
grid on
%
figure(2)
plot(t,v1)
title('Velocidade Vertical da Roda Dianteira')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m/s)')
grid on
%
% Roda Traseira
figure(3)
plot(t,-x2)
title('Deslocamento Vertical da Roda Traseira')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m)')
grid on
%
figure(4)
plot(t,v2)
title('Velocidade Vertical da Roda Traseira')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m/s)')
grid on
%
% Carro
figure(5)
plot(t,x0)
title('Deslocamento Vertical do Carro')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m)')
grid on
%
figure(6)
plot(t,v0)
title('Velocidade Vertical do Carro')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m/s)')
grid on
%
% Carreta
figure(7)
plot(t,x3)
title('Deslocamento Vertical do Reboque')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m)')
grid on
%
figure(8)
plot(t,v3)
title('Velocidade Vertical do Reboque')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m/s)')
grid on
%
% Engate
figure(9)
plot(t,def)
title('Deformação do engate (conexão)')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Deslocamento (m)')
grid on
%
% Engate
figure(10)
plot(t,F)
title('Força na conexão do engate')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Força (N)')
grid on
%
% Ângulo do carro
figure (11)
plot(t,teta1gr)
title('Deslocamento angular do carro')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Arfagem (graus)')
grid on
%
figure (12)
plot(t,teta2gr)
title('Deslocamento angular do reboque')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Arfagem (graus)')
grid on
set(gca, 'XLim', [ 0 inf ])
%
figure (13)
plot(t,-Froda1)
title('Força atuante na roda dianteira do carro')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Força (N)')
grid on
%
figure (14)
plot(t,-Froda2)
title('Força atuante na roda traseira do carro')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Força (N)')
grid on
%
figure (15)
plot(t,Froda3)
title('Força atuante na roda do reboque')
xlabel('Tempo (s)')
ylabel('Força (N)')
grid on
APENDICE II: Programa de aplicação da massa suspensa
equacaoPF2.m
__________________________________________________________
function yp=equacaoPF2(t,y)
global a b c e Pcarro ...
Ptot Pr1 Pr2 yo y1 y2 y3 y3t ...
vc M F Flinha def kengate dq Aa Bb
%
t
%%%%%%%%%%%EXCITAÇÃO DE BASE%%%%%%%%%%%%
y1=0;
y2=0;
y3=0;
y3t=0;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%
%
%
def=(y(3)-c*y(4)-y(5)+e*y(6)); %Deformação da conexão do
engate
F=kengate*def;
yy=[y1;y2;y3;y3t;F];
For=[zeros(6);inv(M)];
Pes=[-Pr1;-Pr2;-Pcarro;0;-Ptot;0];
yp=(Aa*y)+(Bb*yy)+(For*Pes);
APENDICE III: Programa de aplicação da massa suspensa e da
lombada equacaoPF.m
__________________________________________________________
function yp=equacaoPF(t,y)
global a b c e Pcarro ...
Ptot Pr1 Pr2 yo y1 y2 y3 y3t ...
vc M F Flinha def kengate l d q dq Aa Bb tentrada1 tsaida1
tentrada2 tsaida2 tentrada3 tsaida3
%
t
tentrada1=dq/vc;
tsaida1=tentrada1+(q/vc);
tentrada2=tentrada1+(a+b)/vc;
tsaida2=tentrada2+(q/vc);
tentrada3=tentrada2+(a+c+d)/vc;
tsaida3=tentrada3+(q/vc);
%%%%%%%%%%%EXCITAÇÃO DE BASE%%%%%%%%%%%%
%testing123
if t<tentrada1
y1=0;
y2=0;
y3=0;
y3t=0;
else
if t<tsaida1
y1=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada1)));
y2=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada1))); %roda
traseira
y3=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada1)));
y3t=(yo/2)*((2*pi*vc/dq)*sin((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada1)));
%roda traseira derivada tempo
else
y1=0;
y2=0;
y3=0;
y3t=0;
end
end
if t<tentrada2
y1=0;
y2=0;
y3=0;
y3t=0;
else
if t<tsaida2
y1=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada2)));
y2=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada2))); %roda
traseira
y3=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-(tentrada2))));
y3t=(yo/2)*((2*pi*vc/dq)*sin((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada2)));
%roda traseira derivada tempo
else
y1=0;
y2=0;
y3=0;
y3t=0;
end
end
if t<tentrada3
y1=0;
y2=0;
y3=0;
y3t=0;
else
if t<tsaida3
y1=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada3)));
y2=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada3))); %roda
traseira
y3=(yo/2)*(1-cos((2*pi*vc/dq)*(t-(tentrada3))));
y3t=(yo/2)*((2*pi*vc/dq)*sin((2*pi*vc/dq)*(t-tentrada3)));
%roda traseira derivada tempo
else
y1=0;
y2=0;
y3=0;
y3t=0;
end
end
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%
%
def=(y(3)-c*y(4)-y(5)+e*y(6)); %Deformação da conexão do
engate
F=kengate*def;
%
yy=[y1;y2;y3;y3t;F];
For=[zeros(6);inv(M)];
Pes=[-Pr1;-Pr2;-Pcarro;0;-Ptot;0];
yp=(Aa*y)+(Bb*yy)+(For*Pes);
APENDICE III: Obtenção da Constante Elástica do Pneu do
Reboque
__________________________________________________________
Para que as simulações do modelo tivessem um grau de precisão maior, foi
necessário calcular o coeficiente de rigidez de um pneu 105/70 14, uma vez que não
foi possível encontrar tal dado na literatura.
Através da Lei de Hooke, é possível relacionar um forçamento F a um
deslocamento Z, extraindo a constante elástica k de uma mola com o auxílio da
expressão .
Assumindo um efeito mola para o pneu, é possível se obter sua constante
elástica k.
Foi construído um dispositivo semelhante ao da Figura 58 abaixo:
Figura 58: Dispositivo para obtenção da constante elástica de pneus
Após sujeitar o pneu aos carregamentos pré-determinados, foi possível obter
os seguintes resultados apresentados na Tabela 6.
Tabela 6: Resultado dos Ensaios para obtenção do coeficiente de rigidez
Ensaio 1
Massa Aplicada (kg) k1 Posição (cm) Deslocamento (m) Valor médio de K
10 24525,00 7,4 0,004
37332,50
20 32700,00 7,2 0,006
30 36787,50 7 0,008
40 43600,00 6,9 0,009
50 49050,00 6,8 0,01
Ensaio 2
Massa Aplicada (kg) K2 Posição (cm) Deslocamento (m) Valor médio de K
10 16350,00 7,4 0,006
29370,55
20 24525,00 7,2 0,008
30 29430,00 7 0,01
40 35672,73 6,9 0,011
50 40875,00 6,8 0,012
Ensaio 3
Massa Aplicada (kg) K1 Posição (cm) Deslocamento (m) Valor médio de K
10 49050,00 8 0,002
33364,78
20 28028,57 7,5 0,007
30 24525,00 7 0,012
40 30184,62 6,9 0,013
50 35035,71 6,8 0,014
Foram realizados três ensaios com carregamentos de dez em dez quilos no
pneu selecionado com o mesmo calibrado conforme especificado pelo fabricante.
Com os dados obtidos, tem-se três valores para o coeficiente de rigidez do
pneu. Para a simulação, será adotado o valor médio dos ensaios realizados, onde:
APÊNDICE IV: Desenhos Técnicos de Projeto
Página Descrição Escala
1 Lista de componentes -
2 Reboque montado em vista isométrica 1:15
3 Reboque montado em vista frontal 1:15
4 Reboque montado em vista superior 1:15
5 Apoio para engate rápido 1:2
6 Primeiro segmento de viga 1:3
7 Segundo segmento de viga 1:3
8 Apoio para cordas 1:2
9 Para-lamas lado direito 1:5
10 União do pára-lamas com eixo 1:2
11 Eixo 1:2
12 Pára-choques do lado direito 1:2
13 Terceiro segmento de viga 1:4
14 Pára-choques do lado esquerdo 1:2
15 Pára-lamas do lado direito 1:5
16 Ponta de eixo 1:2
17 União dos eixos 1:3
Reboque desmontável para transporte de veículos de duas rodas
1.1
1
Nº Nome Descrição Quantidade Localização
1 Apoio Engate 1 Folha 5
2 Primeiro segmento
da viga 1 Folha 6
3 Pino com trava R para fixar vigas
mm de 10 diâmetro e 21 mm de comprimento
útil
8
4 Segundo
Segmento da viga 1 Folha 7
5 Pino com trava R
20 mm de diâmetro
mm de 20 diâmetro e 65 mm de comprimento
útil
4
6 Apoio para cordas 2 Folha 8
7 Pára-lamas lado
direito 1 Folha 9
8 União pára-lamas
com eixo 2 Folha 10
9 Eixo 2 Folha 11
10 Parafuso para
fixação da viga e união doseixos
M10 x 20mm 4
11 Pára-choques
lado direito 1 Folha 12
12 Terceiro segmento
da viga 1 Folha 13
13 Pára-choques lado esquerdo
1 Folha 14
14 Pára-lamas lado
esquerdo 1 Folha 15
15 Ponta de eixo 2 Folha 16
16
Parafuso para fixação do ponta de eixo e pára-
lamas
M10 x 35 mm 8
17 União dos eixos 1 Folha 17
NÚMERO
NÚMERO DO DESENHO
TÍTULO
VISTO
TURMA FOLHA Nº
ALUNO
ESC.
DATA
PROF.
1800
22
38
,7
6
69
4,
16
190
1:15 Vista superior da montagem reboque
4
2.3
11/2017
NÚMERO
NÚMERO DO DESENHO
TÍTULO
VISTO
TURMA FOLHA Nº
ALUNO
ESC.
DATA
PROF.
10
58
65
900
3
3
Pára-choques direita
1:2
11/2017
12
3.8
NÚMERO
NÚMERO DO DESENHO
TÍTULO
VISTO
TURMA FOLHA Nº
ALUNO
ESC.
DATA
PROF.
900
15
25
65
10 3
3
1:2
11/2017
14
3.10
Peça 13 Pára-choques da esquerda
NÚMERO
NÚMERO DO DESENHO
TÍTULO
VISTO
TURMA FOLHA Nº
ALUNO
ESC.
DATA
PROF.
